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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报
 
2021年 39卷 1期
刊出日期：2021-01-25
泵理论与技术
水利水电工程
流体工程
农业水土工程
   
泵理论与技术
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2021 Vol. 39 (1): 0- [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 7958KB] ( 318 )
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2021 Vol. 39 (1): 0- [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 1238KB] ( 376 )
1 牧振伟,贵辛未*,夏庆成，张治山
基于CFD的主轴密封泵板装置结构优化设计
为研究混流式水轮机主轴密封泵板装置内泄漏水流动特性,应用计算流体动力学软件,针对新疆红山嘴一级电站4号水轮机,将不同泵板装置作为研究对象,研究提高其水力效率的可行性以及对主轴密封降压的效果.在模型准确基础上对泵叶角度和泵盖高度分别改进,对两者联合结构共计22种改进模型进行数值模拟.研究结果表明:泵叶斜置45°且泵盖高度比为0.081 5的联合改进结构对主轴密封真空度提高率可达60.9%;泵盖高度比比泵叶角度改变对该装置水力效率提高更有利;泵盖存在“最不利高度比”,泵盖位置的确定需避免最不利高度比0.135 9.该研究结果将模型结构参数化使得结论的普适性有一定提高,为工程实际主轴密封设计改造提供了一定的理论依据.
2021 Vol. 39 (1): 1-7 [摘要] ( 46 ) [HTML 1KB] [PDF 2824KB] ( 499 )
8 郎涛,刘玉涛,陈刻强,徐恩翔,金力成,蒋小平
离心泵水动力噪声研究综述
从组成部分、理论研究、数值计算研究以及试验研究4个方面介绍离心泵水动力噪声的研究现状.在国内外学者研究工作的基础上,从内声场和外声场2个方面详细概述了离心泵水动力噪声的组成部分及影响因素的研究现状,其中内声场从噪声的频谱特性可分为离散噪声和宽带噪声,离散噪声主要是由于动静干涉导致,能量集中在叶频及其谐频; 而宽带噪声的研究目前还有很多工作待开展.FW-H方程是声比拟理论中计算离心泵水动力噪声的基本方程,应用广泛,同时涡声理论也表现出其很好的发展前景.基于声比拟法的混合数值模拟是目前离心泵水动力噪声模拟的主流途径,而诸如线性欧拉法(LEE)等声传播方程法的应用相对较少,未来随着对离心泵中高频段噪声研究的深入,声传播方程法也将会得到应用.用水听器构建双端口模型,可以准确测得离心泵低频段噪声,但该方法对试验条件要求较高,成本较大; 麦克风阵列法在测量离心泵内部声场中的高频段噪声成分时具有良好的研究前景.最后提出在未来的研究中需要解决的难题以及值得关注的方向.
2021 Vol. 39 (1): 8-15 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [PDF 1475KB] ( 636 )
16 胡波,张双全*,孙志翔
导叶进口边相对位置对混流泵压力脉动的影响
以混流泵作为研究对象,探究导叶进口边的相对位置对混流泵水力性能及内部压力脉动的影响.基于ANSYS CFX软件并采用k-ω湍流模型进行了定常和非定常计算.通过改变导叶进口边的相对位置,利用数值模拟来预测混流泵的水力性能,并选取了4个方案,对混流泵的压力脉动进行了频谱分析.结果表明:随着叶轮出口边与导叶进口边的夹角α增大,混流泵的水力性能先增大后减小,在α=5°时,混流泵的水力性能达到最优.α的变化对泵内部的压力脉动幅值波动大小有影响,α越大,泵内部的压力脉动越小.α的变化会影响泵内部的压力脉动主频幅值.在叶轮进出口处,α越大,主频幅值越小,而在蜗壳内部,则无明显规律.随着α的增大,在蜗壳内靠近隔舌位置的压力脉动,受叶轮旋转作用的影响变小,受隔舌的影响作用变大.研究结果可为混流泵的导叶优化设计提供一定的参考.
2021 Vol. 39 (1): 16-22 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 3668KB] ( 461 )
23 史广泰,刘宗库*,李和林,杨茜,
多相混输泵内气液两相流动的压力脉动特性
为了探究含气率对多相混输泵内部流场结构和压力脉动特性的影响规律,基于Standard k-ε湍流模型,应用计算流体动力学软件ANSYS CFX在进口含气率IGVF分别为5%,10%和15%时对多相混输泵内流场和压力脉动特性进行数值计算,进而分析和归纳多相混输泵内部流场结构、频域和压力脉动系数随含气率的变化规律.结果表明:含气率在超过一定范围时会削弱混输泵内的压力脉动,同时主频幅值对压力脉动的影响较大;在气液两相下动静干涉作用仍是引起混输泵内压力脉动的主要因素,与此同时叶轮和导叶内的主频分别是11倍和3倍转频,并且最大主频幅值和压力脉动系数均出现在动静交接面附近.该研究结果可为多相混输泵的结构优化、水力设计和疲劳分析提供一定参考.
2021 Vol. 39 (1): 23-29 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 4690KB] ( 706 )
30 汪雨露,李伟*,胡敬宁,叶晓琰,耿浩涵,王行元
万吨级海水淡化高压泵水力部件优化设计
为了研制高效区宽广的海水淡化高压泵,采用一种轴向吸入节段式的总体结构形式,分别设计了3组叶轮和导叶结构,组合成9种方案进行水力模型的筛选.在ANSYS CFX中对该9种方案进行数值计算,优选一组最佳水力模型加工实体泵进行外特性试验.试验结果表明:该实体模型泵高效区宽广,各工况性能均满足设计要求,数值计算和试验的扬程、效率的误差在额定工况点分别为2.52%和2.96%,均在工程允许范围内,验证了数值计算的正确性.对叶轮出口、导叶进口处流场的匹配衔接进行研究发现,增大导叶进口喉部面积,最高效率点将向大流量处偏移.对优选方案内部流动进行分析发现,高压泵在小流量工况下运行不稳定,导叶内出现较多的旋涡结构,造成较大的能量损失,但随着流量逐渐增大,旋涡有所减少,高压泵运行趋于稳定,因此高压泵应避免在小流量工况下运行.研究结果可为高压泵的优化设计提供一定的参考.
2021 Vol. 39 (1): 30-36 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 3005KB] ( 412 )
水利水电工程
37 徐捷,施伟,袁寿其,李彦军,李亚林*
基于Star CCM+的闸站上游流道方案设计与数值模拟
为了研究上游流道流态对闸站运行的影响,以一大型闸站为研究对象,基于Star CCM+软件进行了闸站上游流道数值模拟,发现由于流道不对称、过流断面面积变化等原因,在泵站运行模式下进水流道内存在多个较大的旋涡,导致水泵进口速度均匀度分布较差.针对进水流道中的不良流态,对上游流道中有无进口射流扩散角和射流扩散角的大小、流道曲率型线、有无导流栅及导流栅的长度等因素进行了方案设计和水力性能对比分析.研究结果表明:前池较小的流道扩散角可以使流道内旋涡明显改善,当有射流扩散角且扩散角为10°时水泵进口速度偏流角最小,入流最集中;流道型线改为直线段并适当延长可以使流道内流线更加光顺;适当延长导流栅长度可以改善流道前端的死水旋涡区,但导流栅同时会使泵进口条件变差,主流内旋涡扩大.
2021 Vol. 39 (1): 37-43 [摘要] ( 41 ) [HTML 1KB] [PDF 4703KB] ( 1177 )
44 陈汇龙,谢晓凤,廖文言,桂铠,谢昀彤,张杰,赵斌娟*
水力消排烟机用水轮的正交优化设计
为了提高水力消排烟机用水轮的效率,针对水轮的内流场进行全流道数值模拟,并将模拟结果与试验数据进行对比.采用正交试验方法对水轮的主要几何参数进行优化分析,应用L9(33)正交表,选取喷口面积、喷管直径、喷管长度3个参数为试验因素,以效率为试验指标进行正交优化设计,并选用极差分析法对优化结果进行分析.正交试验结果表明喷管长度对水轮效率的影响程度最显著,喷管直径次之,喷口面积最小.优化所得水轮的喷管长度为389.7 mm,喷管直径为30 mm,喷孔面积为92.57 mm2.与优化前水轮相比,优化后水轮的喷管长度减小了10%.优化后水轮的效率提高了7.67%,水轮内部流体的速度分布更加均匀,降低了水力消排烟机的运行成本.验证了正交优化设计方法在水轮优化中的可行性.
2021 Vol. 39 (1): 44-49 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 2270KB] ( 402 )
流体工程
50 贾晓萌,孙西欢*,李永业
有压管道内串列管道双车的运移速度
为了完善和发展筒装料管道水力输送技术,通过物理模型试验和理论分析相结合的方法研究有压管道内串列管道双车的运移速度的影响因素.结果表明:随着雷诺数、管道车直径、车身长度的逐渐增大,管道双车的运移速度均呈现出逐渐增大的变化趋势;而随着荷重的增加,管道双车的运移速度逐渐降低;不同车间距下管道双车的运移速度小于单个管道车的运移速度,且随着车间距的不断增大,管道双车的运移速度逐渐增大并向单个管道车的运移速度靠拢.采用多元回归分析中的标准回归系数法对各影响因素进行分析,结果发现雷诺数、管道车直径、车身长度、荷重、双车间距对管道双车的运移速度影响程度依次降低.研究成果为优化管道车结构,提高管道双车的运移速度,降低管道车的输运能耗等提供一定的参考和基础.
2021 Vol. 39 (1): 50-55 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 1835KB] ( 366 )
56 张付英,杨俊梅*,水浩澈,董城城,
密封唇部微观纹理方向对油封密封性能的影响
基于旋转轴密封的泵送机理,综合考虑密封唇表面三角形纹理方向的影响,建立了油封密封区域的数值计算模型,模型耦合了关于温度求解的能量守恒方程.通过迭代求解数值方程,得到唇表面三角形纹理不同方向(以三角形的重心为旋转中心,分别向右旋转0°,45°,90°,135°,180°,225°,270°,315°)时油封的泵汲率、油膜厚度、摩擦扭矩、唇口密封压力、唇口平均温度、唇口最高温度等密封性能参数,结果表明:所研究的三角形纹理的8个方向,泵汲率随方向的变化最显著,变化差值为0.783 6 mL/h,而其余密封性能参数变化值相比较小,表面纹理设计时应优先考虑三角形纹理方向对泵汲率的影响;综合考虑各项密封性能参数,三角形纹理方向为135°时油封的泵汲率、摩擦扭矩、唇口平均温度、唇口最高温度均较优,在8组不同纹理方向油封中密封性能最优.
2021 Vol. 39 (1): 56-60 [摘要] ( 42 ) [HTML 1KB] [PDF 1758KB] ( 608 )
农业水土工程
61 代锋刚,王晓燕*,谷明旭,余婉露,连鹏达,
基于Modflow-Hydrus耦合模型的改良盐碱土水平井排水效果分析
为了提高盐碱土改良水平,确定科学合理的灌排工程设计方案,建立饱和-非饱和土壤水分运移Modflow-Hydrus耦合模型,对试验区不同情景水平井的排水效果进行模拟分析.结果表明:当地下水位埋深较小时,季节变化对地下水综合补给强度有明显影响,当地下水位埋深大于6 m,不同时段地下水综合补给强度均趋于常数,当地下水位埋深较大时,通过厚层包气带的降水补给均匀;断续排水时单个水平井400 m控制范围内,潜水位显著下降,具有良好的疏干效果,降深与水平井的年抽水强度成正相关;天然环境条件下,区内降水入渗补给和潜水蒸发保持平衡,以试验区中心向外扩展,排水试验有效改善8倍试验区面积范围内降水入渗-潜水蒸发环境,使包气带土壤水分进入饱水带,潜水水位呈下降趋势.研究成果为盐碱土壤改良的水平井施工设计提供理论参考.
2021 Vol. 39 (1): 61-67 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [PDF 4053KB] ( 488 )
75 张赢,李晓丽*,常平,郭雒敏,邬尚贇
不同密度砒砂岩风化物坡面水蚀机理试验研究
为研究砒砂岩风化物坡面水蚀机理,以期对鄂尔多斯水土流失治理提供数据参考,采用降雨模拟系统进行不同雨强、不同密度下降雨侵蚀试验,用直剪仪测得密度为1.7 g/cm3砒砂岩风化物的黏聚力和内摩擦角,揭示了各密度坡面入渗产流及侵蚀特点的成因.结果表明:密度为1.7 g/cm3的坡面稳渗率随雨强的增大而增大;对于1.5 g/cm3的坡面侵蚀量对入渗速率的敏感率最高,1.6 g/cm3的坡面侵蚀量对累积入渗深度的敏感率最高,而1.7 g/cm3的坡面侵蚀量对产流量的敏感率最高;抗剪强度和侵蚀量的时程曲线呈负相关并有一定的对应性.从直剪试验和敏感度分析的角度均表明造成1.7 g/cm3坡面侵蚀的主因是水流冲刷.
2021 Vol. 39 (1): 75-80 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [PDF 3143KB] ( 414 )
81 夏兴生,赵希振,汤童*,潘耀忠,
Hargreaves公式在中国农业区的年内回归修正
针对中国范围的Hargreaves(HS)公式线性回归修正研究缺少,区域或站点的修正系数存在时空尺度不统一、推广应用困难的问题,以中国气象数据网发布的中国地面气候资料月值数据集和中国辐射月值数据集中124个站点1957—2016年的气象要素逐月有效观测数据,首先,基于Penman-Monteith(PM)公式和HS公式分别计算各站点逐月的多年平均参考作物需水量ET0-PM和ET0-HS;其次,以ET0-PM为真值,基于1957—2010年的逐月平均ET0-PM和ET0-HS,引入中国农业综合区划作为空间分区框架,通过回归分析获取中国38个陆地农业子区的HS公式校正系数a和b;最后,以2011—2016年为应用验证区间,通过逐月比较ET0-HS校正前后的6 a平均相对误差,验证联合国粮农组织(FAO)推荐的HS公式校正方法在中国农业区的适用性,并进一步基于误差结果的对比分析,提出各农业区HS公式校正系数a和b的逐月最优取值方案.结果表明:各农业区之间回归计算的HS公式校正系数a和b并无明显的变化规律,但系数b稳定在0.8左右,系数a则在区域之间的差异较大,徘徊于-0.22~1.10;校正前后的ET0-HS均存在不同程度的误差,但校正后的ET0-HS误差明显降低,平均相对误差降低了20%,最大相对误差降低约100%.因此经验证,FAO推荐的HS公式回归校正方法简单易行,可操作性强,对中国各农业区大规模使用简化的方式快速获得较准确的参考作物需水量,具有一定的推广价值.
2021 Vol. 39 (1): 81-88 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [PDF 1846KB] ( 564 )
89 侯裕生,王振华*,李文昊,张继峯,窦允清,温越,
极端干旱区滴灌葡萄水肥适宜用量主成分分析法
为了探明极端干旱区滴灌葡萄水肥适宜用量,利用主成分分析法,以试验区内成龄无核白葡萄为研究对象,综合评价得出高产高效的最优水肥处理.设置灌水、施肥2个因素,其中设灌水处理4个水平:6 000(W1),6 750(W2),7 500(W3),8 250 m3/hm2(W4);施肥处理3水平:450(F1),750(F2),1 050 kg/hm2(F3).结果表明:滴灌葡萄产量、水肥利用效率及品质受水肥交互作用影响均具有统计学意义(P<0.01);可滴定酸受灌水量与施肥量的影响均具有统计学意义(P<0.05);滴灌葡萄产量、灌溉水利用效率、肥料偏生产力、可溶性固形物及维生素C分别受灌水量和施肥量影响均具有统计学意义(P<0.01),产量最大处理W3F2相对于最小处理增产29.76%,可溶性固形物以处理W3F2的含量最大,可滴定酸在处理W4F2下取得最大值,且处理W3F2与最大处理间差异不具有统计学意义(P>0.05),不同水肥处理的维生素C每100 g溶液质量为7.37~8.52 mg,且处理W3F2与最大处理W4F3间差异不具有统计学意义(P>0.05),品质指标在处理W3F2下取得较优.主成分分析法结果表明,极端干旱区滴灌葡萄最佳水肥处理为W3F2,其中N,P2O5,K2O分别为300,150和300 kg/hm2.
2021 Vol. 39 (1): 89-95 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 1516KB] ( 423 )
96 赵嘉涛,马玉诏,范艳丽,刘俊梅,李全起*
生物可降解地膜对棉花产量及水分利用效率的影响
为了探求华北平原棉花可降解地膜覆盖替代普通膜覆盖的可行性,解决白色污染问题,试验设置4种处理:6 μm PE普通地膜(PE)、8 μm生物可降解地膜(M1)、6 μm生物可降解地膜(M2)及不覆盖地膜(CK),分析比较各处理对棉花出苗率、叶面积指数(LAI)、农田耗水速率、产量及水分利用效率(WUE)的影响.结果表明,与处理CK相比,覆盖地膜显著提高了棉花出苗率,但3种覆膜处理间差异不具有统计学意义;在棉花生育前期,2种生物可降解地膜处理的LAI显著低于PE处理的.3种覆膜处理之间的籽棉产量和霜前花率的差异均不具有统计学意义.3种覆膜处理间WUE的差异不具有统计学意义,但均显著高于CK的.2种生物可降解地膜处理相较于PE,对棉花的出苗率、霜前花率、籽棉产量及WUE的差异均不具有统计学意义.相较于PE,使用6 μm生物可降解膜不会造成棉花耗水量升高,而8 μm可降解膜则显著增加了棉花的耗水量.因此6 μm生物降解膜取代PE膜较好.
2021 Vol. 39 (1): 96-101 [摘要] ( 34 ) [HTML 1KB] [PDF 1516KB] ( 497 )
102 林少喆,彭致功*,王春堂,张宝忠,魏征,张倩,韩娜娜,刘露
基于“三边”参数的冬小麦冠层SPAD值监测模型
开展冬小麦冠层SPAD值监测,建立“三边”参数与SPAD值之间的高光谱估算模型,以期为高光谱诊断冬小麦冠层SPAD值提供理论依据和技术支持.以冬小麦冠层反射率与冠层SPAD值的相关关系为基础,构建基于“三边”参数的冬小麦冠层SPAD值的一元线性回归模型和主成分回归模型.结果表明:拔节期、抽穗期、灌浆期和全生育期分别以红谷位置、(SDr-SDb)/(SDr+SDb)、红谷幅值、(SDr-SDy)/(SDr+SDy)的相关系数最高,且均具有统计学意义(P<0.01);采用主成分方法构建的光谱模型在拔节期、抽穗期、灌浆期和全生育期相较于同期一元线性回归模型,决定系数R2分别提高49.6%,54.3%,14.3%和8.6%,均方根误差RMSE与相对误差RE均分别减少9.0%,12.4%,13.5%和13.6%,因此采用综合光谱信息构建主成分回归模型,在各生育时段及全生育时段对冬小麦冠层SPAD值均有较高的估算精度,可为冬小麦SPAD值的监测与诊断提供依据.
2021 Vol. 39 (1): 102-108 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 1724KB] ( 559 )
68 向艳艳,黄运湘*,龙怀玉,杨蕾静,黄煌,于康,欧阳宁相
负压灌溉对菠菜生长及水分利用效率的影响
为筛选出南方地区菠菜生长最适宜的灌溉负压值, 采用土壤盆栽试验, 以人工浇灌为对照(CK),研究3个供水负压(-5.0,-10.0,-15.0 kPa)对菠菜生长、生理指标、品质指标、水分利用效率及养分吸收的影响.结果表明:-5.0 kPa负压供水,菠菜地上部产量178.2 g/pot, 显著高于-10.0和-15.0 kPa, 与CK差异不具有统计学意义; 地下部生物量9.99 g/pot, 显著高于CK和-15.0 kPa; 根系活力419.0 μg/(g·h), 显著高于CK,-10.0和-15.0 kPa,分别提高65.3%,51.5%和91.0%;VC和可溶性糖含量分别为50.72 mg/100 g和1.74%, 较CK,-10.0和-15.0 kPa分别提高18.3%,10.5%,44.9%和6.1%,23.4%,47.5%.-5.0 kPa负压供水,水分利用效率为3.89 g/kg,显著高于CK和-15.0 kPa, 与-10.0 kPa差异不具有统计学意义;菠菜地上部氮的累积吸收量显著高于CK,-10.0和-15.0 kPa, 磷、钾累积吸收量与CK差异不具有统计学意义, 但显著高于-15.0 kPa.综合菠菜产量和水分利用效率,-5.0 kPa负压供水较适合南方地区菠菜生长发育.
2021 Vol. 39 (1): 68-74 [摘要] ( 31 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 222 )
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